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工業電視監控系統設計方案

工業電視監控系統設計方案

工業電視監視系統的設計原則是以監控中心來實施監視和控制,并服務于各級主要生產管理部門的多級視頻圖像監控網絡,并輔以適當的警戒功能以實現變電站“五遙”(遙測、遙信、遙控、遙調、遙視),為變電站實現真正的無人值守創造條件。

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一、 系統概述

目前,國內電力系統在建設以遙測、遙信、遙控、遙調,“四遙”技術為基礎的無人值班變電站時,由于調度無法了解現場的環境情況,無法解決現場防火 防盜、防爆、防漬等問題,很多按“無人值班”建設的變電站采用了“少人值班”模式運行。隨著計算機技術、多媒體技術及通訊技術的飛速發展,圖像 、聲音等多媒體信號的數字化處理以及遠距離傳輸的技術已日益成熟,“四遙”的基礎上增加的第五遙-遙視,較好地解決了上述問題,對于實現變電“無人值班”具有十分重要的意義。

隨著互聯網技術的發展,隨著各個城市寬帶多媒體網的建設,采用互聯網或專用廣域網傳輸監控圖像已經成為圖像監控系統新的發展趨勢。首先,隨著用戶逐漸由專線(光纖/E1/DDN/PSTN)轉向專網(廣域網),用戶希望在一個網絡平臺上傳輸數據和圖像,一方面是節省設備及傳輸線路投資,另一方面也便于管理。其次,網絡帶寬的增加、計算機性能的提高及編解碼技術的發展也為網絡視頻傳輸提供了可能。因此,我公司的開發基于IP的網絡視頻監控系統,具有了更為廣闊的應用領域。

遠程圖像監控系統不僅可以利用變電站現有光纖通道進行高品質的圖像傳輸,更集成了先進的ISDN通訊方式,使得未通光纖的變電站也可以獲得良好的傳輸圖像,領略現代高科技所帶來的驚異品質。遠程圖像監控系統所采用的數碼壓縮技術、編程技術、硬件設備均與世界保持同步,是無人值班變電站實現遠程圖像監控的最佳解決方案。

遠程圖像監控系統不僅可以對無人值班變電站現場操作進行有效的監視,還可以方便的集成安防功能,實現變電站多層次、立體化的安防自動化系統。

遠程圖像監控系統具有優越的系統功能,極高的性能價格比和可靠性,已經成功的應用于電力系統、郵電、銀行、交通、海關等領域。
二、 系統設計原則與依據

1. 系統設計原則

XX發電廠工業電視監視系統的設計原則是:建立以城網110KV變電站為對象,以監控中心來實施監視和控制,并服務于各級主要生產管理部門的多級視頻圖像監控網絡,并輔以適當的警戒功能以實現變電站“五遙”(遙測、遙信、遙控、遙調、遙視),為變電站實現真正的無人值守創造條件。在滿足需要的前提下,保證系統的穩定可靠,節省投資,使系統發揮良好的經濟效應。具體如下:
☆可靠性:

硬件可靠性:系統采用高性能的工業級計算機和視頻采集設備,同時配置專用的硬件加密,保證硬件的全天候不間斷運行。

軟件可靠性:監控系統操作系統采用 Windows 2000,具有良好的穩定性。監控圖像上通過軟件疊加時間和地點防止非法篡改錄像資料。

供電可靠性:圖像監控設備由UPS供電,在市電電壓波動的情況下仍能夠提供穩定的交流電壓。

用戶管理:用戶等級管理和密碼管理相結合,不同的操作人員具有不同的權限,禁止越權操作。用戶操作有記錄,系統過濾用戶的錯誤操作。

系統自檢測與自恢復:前端系統可以啟動自運行,無需現場人員維護。系統通過多種方式(軟件加密/硬件加密/遠程定時自動檢測)監視所有工作站和編碼站的運行,并在發生故障時及時報警與恢復,保證系統全天候不間斷運行。守護進程自動監視圖像編碼站的運行狀態并在故障時自動恢復。用戶也可以在監控中心通過圖像工作站重新啟動圖像編碼站,或者通過遠程控制軟件進行遠程維護。系統故障可以按照“變電站單個攝像機”/“單個變電站”/“單個監控中心”三級進行屏蔽,局部故障不會影響整個系統的運行。視頻監視系統的故障不會影響變電站的正常運行。

☆先進性:

先進的視頻壓縮格式:采用H.264格式壓縮視頻流。在保證圖像質量的前提下,帶寬占用大大減小。在圖像幀格式352×288,色彩24位彩色,幀速率25幀/秒下,占用帶寬平均為400kbps,在圖像幀格式768×576,色彩24位彩色,幀速率25幀/秒下,占用帶寬平均為1200kbps。圖像延時小于0.5秒。

☆靈活性:

可調節圖像質量與帶寬占用:由于采用了軟件編解碼,因此圖像質量(幀數、分辨率、圖像質量)可以調節以適應用戶的需求。

靈活的網絡拓撲方式:整個系統建立在IP廣域網上,因此具有非常靈活的拓撲方式。只要有足夠的帶寬和適當之授權,任何一個節點上的用戶可以通過安裝客戶端軟件或WEB瀏覽器查看任何一個變電站的實時圖像。n
☆可擴展性:

靈活的組網方式,方便被監控變電站的增加。

幾個視頻監控系統可以作為子系統組成更大的視頻監控系統。

可以方便的嵌入其它系統中。
三、 電力系統需求分析

1. 要點

變電站圖像監控的功能具體來說,體現在以下方面:

通過圖像監控、安防(防盜、防劫)系統、消防系統,保護無人值班或少人值班變電站人員和設備的安全;

通過圖像監控結合遠程和本地人員操作經驗的優勢,避免誤操作;

通過圖像監控、燈光控制、環境監控(如:分合閘狀態,電壓、電流、頻率等)監視現場設備的運行狀況,起到預警和保護的作用;

配合其它系統的工作。

圖像監控系統可以完成以上全部功能,可以做到完成圖像監控的同時,做到手動或自動控制輸出。
2. 用戶需求規范
(1)監控對象

?變電站廠區內環境。

?主變壓器外觀、油位及中性點接地刀的狀態。

?變電站內的戶外斷路器、隔離開關和接地刀閘的分合狀態。

?對變電站內各主要設備的監視(包括大門、圍墻、控制室、繼保室、載波室、高壓室、電容器室、電抗器室、低壓交流室等)。

?出入口和圍墻的電子防護。
(2)系統功能

?音視頻的遠程傳輸功能

監控系統具有在局域網或廣域網中實現音視頻通信,占用不大于1.5Mbps帶寬進行雙向壓縮數據的傳輸,帶寬可調。

?監視和錄像功能

利用安裝在監視目標區域的攝像機對生產設備和環境進行監控和錄像。通過E1通道,將被監視目標的動態圖像傳輸到監控中心,監控中心可將控制信號發送到設在變電站的監控主機,實現各種控制。

監控中心或變電站運行維護人員通過多媒體計算機、專業監視器對變電站監視范圍的目標區域中設備或現場進行監視,同時在多媒體計算機上完成對變電站攝像機的控制(左右、上下、遠近景、調焦),畫面切換的控制和錄像控制。

監控中心可通過系統的瀏覽功能查看監控中心或遠程變電站的錄像或圖片。

?報警功能

報警類別:消防報警、防盜報警、生產事故報警等。

當發生報警時,變電站監控主機能自動進行存盤錄像,同時傳送報警信息和相關圖像,并自動在地理區域圖上或相關的表格進行提示,顯示報警的內容和具體位置。

當發生報警時,能聯動相關設備,如啟動照明燈光、警笛等。

能與消防報警主機及站內監控系統接口,并聯動相應報警目標的圖像監視。(包括火警、保護動作、操作、設備狀態變化等)。

當發生報警時,能把報警信息發送到指定的移動電話上。

?控制功能

被授權的網上任一操作人員能對任一攝像點進行控制,實現對攝像機視角、方位、焦距、光圈、景深的調整,進行云臺的預置和控制。

應保證控制唯一性,當某個操作人員對設備進行控制時,其它同級操作人員則不能控制。
(3)技術要求

產品質量符合國家有關標準。

可靠性要求

圖像監控系統的采用不應影響被監控設備的正常運行。

圖像監控系統的局部故障不應影響整個監控系統的正常工作。

監控系統應具有較強的抗干擾功能。

可擴充性

圖像監控系統的軟、硬件應采用模塊化結構,便于圖像監控系統的擴容和升級。

為適應將來整個電網系統多級監控需求,圖像監控系統應具有靈活的多級組網功能。

實時性:從告警發生到有人值守的調度中心接到信息的時間不超過500ms。

視頻信號制式:符合國家標準視頻制式。

電源:不間斷電源,以滿足實際需求。

硬件:抗干擾、抗雷擊,能長時間穩定工作。l

軟件:操作簡單、模塊化結構,能應用于WINDOWS等操作系統。l
四、 系統設計方案

1. 系統總體結構

xx電力公司變電站遙視系統由10個監控中心、78個變電站遠程站端構成,變電站與監控中心由E1方式連接,平均每個監控中心監控約7~8個變電站,監控中心網絡由100兆以太網組成。

2. 系統組成說明

☆監控中心:l

網絡監控中心設備由DDS中心服務器,DDS電子地圖/報警主機/數字矩陣主機(如需要可接電視墻),DDS視頻工作站,打印機、網絡設備組成。 

(1) 中心服務器由一臺工控機安裝DDS NVMS軟件構成。它是整個分布式網絡視頻集中監控管理系統的核心,通過中心服務器可以對系統中各變電站的PC式硬盤錄像機,網絡監控中心視頻工作站等進行配置,包括IP地址的設置,用戶權限的設置,解碼器的設置,連接通道的設置,畫面質量的調節,手動錄像和自動錄像的設置等。通過中心服務器可以隨時根據需要添加,刪除,修改前端主控設備的設置參數。

(2) 電子地圖/報警主機/數字矩陣主機是DDS分布式網絡視頻集中監控管理系統中的重要組成部分,結合電子地圖,能夠準確的將監控點報警信息反映在地圖上。另外,它可實現1-24路視頻信號的電視墻接入,通過軟件功能,直接進行多種視頻切換。

(3) 視頻工作站主要連接網絡視頻服務器和硬盤錄像機等前端設備,視頻工作站將網絡視頻服務器所傳輸的音視頻信號和報警信號進行存儲,并可根據需要對硬盤錄像機的視頻錄像進行備分。同時,為用戶提供所有遠程視頻圖像的顯示、錄像和云臺控制,也作為其他網絡客戶端的視頻源, 負責音、視頻圖像轉發。

(4) “E1/10BaseT轉換器”的功能是一個以太網網橋。通過“E1/10BaseT轉換器”將監控中心的以太網擴展到所轄的各個110KV變電站。整個視頻監控系統建立在一個局域網中。

(5) 監控系統局域網采用以太網交換機,可以避免不同變電站的數據流互相干擾。

(6) 路由器:負責將視頻監控系統網絡連接到電力公司的IP網絡中,其中,路由器的以太網端口將監控中心連接到地市電力公司的IP網絡中,使電力公司的主要生產部門可以直接查看變電站的實時視頻的存儲視頻。如果地市電力公司的IP網絡和上級電力公司相連,可以利用該IP網絡向上級監控中心傳輸圖像,也可以利用路由器的廣域網端口(E1)直接與上級監控中心相連。全省10個監控中心,78個城網變電站組成一個IP廣域網,各個地市視頻監控系統組成一個省級監控系統,實現無縫連接。

☆遠程站端:l

由DDS-6000S硬盤錄像機、攝像機、電子圍欄、門禁、報警輸入聯動裝置、網絡設備組成。

DDS-6000S硬盤錄像機負責視頻實時監視、錄像、云臺控制、報警信號(紅外/門磁)的采集以及網絡圖像傳輸等工作。

報警輸入聯動裝置、解碼器等都通過現場的RS485總線接入當地DDS-6000S硬盤錄像機,軟件完成編碼,達到相應的控制功能。

☆供電電源l

系統所有裝置均通過自帶的UPS供電,提供斷電后的供電,采用防浪涌技術以隔絕外部電源的干擾。

☆系統抗干擾設計l

本系統的干擾源主要有來自內外的電磁干擾、系統電源干擾、雷擊干擾。

采用直流電機的快速球型攝像機、合理布線,避免視頻線與交流電源線并行,解決了來自內部的電磁干擾。

當地設備(DDS-6000S硬盤錄像機、報警盒、網橋等)放置于接地良好的機柜內,屏蔽了變電站內部的電磁干擾。

采用防浪涌不間斷電源,解決了外部電源的電源干擾,同時采用防浪涌輔助通信接口,解決了來自通信線路的雷擊干擾。

視頻輸入端、報警輸出入端、通信裝置、485總線控制器均帶有防雷和過壓保護器件進行防雷擊保護。

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